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EMV-Richtlinie RL 2014/30/EU –
Änderungen und neue Anforderungen -EMV-Precompliance-MessungenEMV-Zentrum LeipzigProf. Dr.-Ing. Detlef Schlayer
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Elektromagnetische Verträglichkeit
LeistungselektronikEnergieversorgung
elektrostatische Entladungen
elektromagnetische Felder
atmosphärische Entladungen
Regelwerke,Richtlinien, Vorschriften =>(EU-weit, weltweit!)
Naturgesetze und Phänome der ET =>(f = 0Hz bis 1000THz!)
EMV
Ziel: „Miteinander“ der elektrischen Geräte und Anlagen zu organisieren unter Gesichtspunkt eines freien Warenverkehrs
EMVU
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EMV – Problem gepulste Feldenergie
EMV-Beeinflussung durch gepulstes Primärradar auf deutschem Flughafen
Quelle: EMC-Symposium, Magdeburg, 1999
- Radar-Pulsleistung 1,5MW, Radarfrequenz 3GHz, Hauptstrahlrichtung fernsteuerbar
- Bürogebäude mit PC´s in 1,5km Entfernung
- regelmäßige Störung der Tastatur
- Brandspuren auf geraden Leiterzügen im Abstand von 5 cm => f = 3 GHz
=> λ/2 = 5 cm
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EMV – Problem Überspannungsschutz
Ausfall von Teilnehmeranschlussbaugruppen wegen fehlendem Überspannungsschutz
- Erhöhte Störungsmeldungen im Bereich
Technik-Niederlassung Dresden gegenüber Bundesdurchschnitt im Frühsommer
- Vermutung => Blitzeinschläge
- Erstellung einer Blitzdichtestatistik
- Nachweis des Korrelation Blitzhäufigkeit und Störung => Nachrüsten von Überspannungsschutz
Quelle: Diplomarbeit an der FHL, 1998
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EMV – Problem Zusammenschaltung von Bm
Photovoltaik-Wechselrichter stört elektronischen Elektrizitätszähler
Quelle: EMC-Symposium, Düsseldorf, 2010
- Wechselrichter, E-Zähler getrennt normengerecht positiv geprüft
- bei Anlagenaufbau => E- Zählermessung mit mehr als 20%Fehler!
- Messung => taktfrequenter Ripplestrom des Wechselrichters im Bereich von 3kHz bis 150kHz => normativ nicht reguliert!
- normengerechte Netznachbildung zu hochohmig => Fehler nicht nachweisbar => Änderung der Netznachbildung => niederohmig!
Netznachbildung
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EMV - Beeinflussung
Elektromagnetische Beeinflussung:
Entstörungsmaßnahmen an Werkzeugmaschinen
Messung von Funkstörspannungen, Funkstörfeldstärken (Funkentstörung)
Vorschriften zur Vermeidung elektrostatischer Entladungen
- Gesetz über das Telegraghenwesen von 1892
1923 erste Rundfunksendung in Deutschland 1924 Erste Meldungen zu Rundfunkstörungen
1933 Einberufung einer ad-hoc Konferenz in Paris und Gründung eines internationalen Sonderausschusses für Funkstörungen (CISPR) § 12
Elektrische Anlagen sind, wenn eine Störung des Betriebes der einen Leitung durch die andere Leitung eingetreten … nach Möglichkeit so auszuführen, das sie sich nicht störend beeinflussen.
Verursacherprinzip!
EMV - Verträglichkeitsprinzip
Elektromagnetische Verträglichkeit:
Verträglichkeitsprinzip:Miteinander der Technik => Grenzwerte
1967 MIL-STD 461 US- Standart mit Stör-festigkeitsprüfung/Störaussendung
1985 neue Konzeption (New Approach) harmonisierten Normen legen wesentliche
Anforderungen für Produkte fest Anwendung bleibt freiwillig
Produkte nach harmonisierten Normen erfüllen die wesentlichen Anforderungen (Vermutungsprinzip)
1993 EU-Richtlinie 93/68/EWG zur CE-Kennzeichnung
Herausforderung an die Produktentwicklung!
• Eigenstörfestigkeit
• Fremdstörfestigkeit
• Störemissionsgrad
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EMV - Richtlinien
Richtlinie 89/336/EWG
Richtlinie 2004/108/EG
Richtlinie 2014/30/EU
• November 1992:Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von Geräten
• Februar 2008:Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von Betriebsmittel
• August 2015 (Referentenentwurf):Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von Betriebsmitteln
EU - Richtlinien nationales Recht
ab 20. April 2016
nur eine Konformitätserklärung für ein Produkt
Hersteller von Produkten mit elektrischen und elektronischen Bauteilen => CE-Kennzeichnung
geteilte Verantwortung für EMV-Konformität mit dem Ziel Verbraucherschutz + bessere Marktaufsicht
Händler überprüfen Konformität entlang der Handelkette
Wirtschafts-akteure
Einführer überprüfen Konformitätsbewertungsverfahren
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Elektromagnetische Verträglichkeit
Elektromagnetische Verträglichkeitist die Fähigkeit einer elektrischen Einrichtung, in ihrer Umgebung zufrieden-stellend zu funktionieren, ohne diese Umgebung, zu der auch andere Einrichtungen gehören, unzulässig zu beeinflussen.
StöremissionEmission
StörfestigkeitImmunity
geleitetconducted
gestrahltradiated
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EMV – Messungen und Prüfungen
Prüfanforderungen zur Störfestigkeit (Grenzwerte)
EMV – Fachgrundnorm (Generic standards)
DIN EN 61000-6-1Störfestigkeit für Wohnbereich, Geschäfts-und Gewerbebereiche sowie Kleinbetriebe
DIN EN 61000-6-2Störfestigkeit für Industriebereiche
• Magnetfeld 50Hz, Spannungseinbrüche, - unterbrüche,• ESD • Surge, Burst, • HF asymmetrisch (Störspannungen 150KHz - 80MHz)• EM-Feld amplitudenmoduliert (Störfeldstärke 80MHz – 2,7 GHz)
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Messanforderungen zur Störaussendung (Grenzwerte)
EMV – Fachgrundnorm (Generic standards)
DIN EN 61000-6-3Störaussendungfür Wohnbereich, Geschäfts-
und Gewerbebereiche sowie Kleinbetriebe
DIN EN 61000-6-4Störaussendungfür Industriebereiche
• WS-Netzanschluss, GS-Netzanschluss (nur EN 61000-6-3) • Telekommunikations-/Netzanschluss
• Freifeldmessplatz oder Raum mit Absorberauskleidung
(leitungsgebundene Störungen 150kHZ -30MHz)
Funkstörfeldstärke30MHz – 1,3,6GHz
EMV – Messungen und Prüfungen
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EMV – Grundlagen
Arten von Störungen
statisch quasistatisch zeitlich veränderlich Feldcharakteristik
Igl – Gleichtaktstörstrom,
=> asymmetrische Störung(Gleichtakt: common mode)
Ige – Gegentaktstörstrom,
=> symmetrische Störung(Gegentakt: differential mode)
EMV - Maßnahme und Störungsart
symmetrisch asymmetrisch
geleitet e + m Kopplung em Kopplung
X-CL-Drossel
Y-CSK-Drossel
Masse Schirmung
Störspannung Feldstärken
gestrahlt
Harmonische
910810710510410310210 Hz
Störungsart
Störungaubreitung
EMV-Maßnahme
Grenzwerte
610
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Die Hälfte aller Produkte bestehen den EMV Test beim ersten mal nicht!
Quelle: Intertek, Firmenschrift, 2010
Erfahrungswerte=> EMV-Tests :
- Fehlendes Wissen über EMV -Richtlinine
- Nichteinhaltung der EMV-Richtlinine (Grenzwerte)
- Anwendung falscher Vorschriften, EMV- Umgebung
- Unvorhersehbare Wechselwirkungen zwischen Baugruppen, Bauelementen
- Verwendung nicht konformer Bauteile, Baugruppe in das Endprodukt
EMV schon frühzeitig in der Planung berücksichtigen: ⇒ im Entwicklungsprozess EMV Regeln beachten⇒ Vorprüfung
EMV Testerfahrungen
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Störfestigkeit Elektrostatische Entladung (ESD)
Berührungselektrische Spannungsreihe
Phänomen:
- bei Berührung zweier Isolierstoffe fließen Elektronen vom Isolierstoff mit geringerer Elektronenaffinität (Bindungsstärke) ab => Ladungstrennung
- Entladung als Impulsstrom (Potentialausgleich)
- typische Werte: ˆ 10Ai ≈ d1...5ns
d
i
t≈
Auswirkungen:
- direkte mechanische Zerstörung
- elektromagnetische Störgröße mit Spektrum bis 20MHz (1GHz)
EMV - Praxis entwicklungsbegleitende Messungen
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ESD Prüfung: nach EN 61000-4-2 Prüfanforderung:bis 4 kV Kontaktentladungbis 8 kV Luftentladung
Elektrostatische Entladung (ESD)
330 ΩΩΩΩ
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ESD Prüfung: nach EN 61000-4-2 Prüfanforderung:bis 4 kV Kontaktentladungbis 8 kV Luftentladung
Elektrostatische Entladung (ESD)
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Festlegung der Prüfpunkte mit Entwickler
Elektrostatische Entladung (ESD)
Bewertungskriterien:A => Gerät muss bestimmungsgemäß arbeitenB => Gerät muss bestimmungsgemäß arbeiten, aber
während der Prüfung Beeinträchtigung zulässigC => vorübergehender Funktionsausfall, wieder herstellbar
nach Prüfung
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Unzureichende Masseverbindung USB Buchse
großflächige Ableitung des ESD- Impulses
Elektrostatische Entladung (ESD)
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Störfestigkeit Simulation energiereicher Überspannungen (Surge)
Phänom: Atmosphärische Entladungen (Blitzentladung)
EMV - Praxis entwicklungsbegleitende Messungen
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Gasableiter:- hohes Ableitvermögen bis kA-Bereich,- Spannungsbegrenzung ca. 100V,- Ansprechzeit ca 1µs
Surge
Bauelemente und Staffelschutz zur Vermeidung von Überspannungen
Varistor:- Ableitvermögen im A-Bereich, - Spannungsbegrenzung 100V,- Ansprechzeit ca. 1µs
Suppressordiode:- Ableitvermögen A-Bereich- Ansprechzeit 1ns
≤
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Surge
Überspannungsschutz
Surgegenerator: Kurvenform der Leerlaufspannung 1,2/50µs nach DIN EN 61000-4-5
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Störfestigkeit asymmetrische HF-Ströme
EMV - Praxis entwicklungsbegleitende Messungen
DIN EN 61000-4-6: Störfestigkeit gegen leitungsgeführte Störgrößen, induziert durch hochfrequente Felder
CDN
Prüfpegel + Ausgangssignal des Prüfling
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Störfestigkeit asymmetrische HF-Ströme
EMV - Praxis entwicklungsbegleitende Messungen
Modifikationen zur Einhaltung der Anforderungen der Störfestigkeit gegen eingespeiste Ströme in eine Sensorleitung
π- Filter
Massekontakt!
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Messanforderungen zur Störaussendung (Grenzwerte)
EMV – Fachgrundnorm (Generic standards)
DIN EN 61000-6-3Störaussendungfür Wohnbereich, Geschäfts-
und Gewerbebereiche sowie Kleinbetriebe
DIN EN 61000-6-4Störaussendungfür Industriebereiche
• WS-Netzanschluss, GS-Netzanschluss (nur EN 61000-6-3) • Telekommunikations-/Netzanschluss
• Freifeldmessplatz oder Raum mit Absorberauskleidung
(leitungsgebundene Störungen 150kHZ -30MHz)
Störfeldstärke30MHz – 1,3,6GHz
EMV – Messungen und Prüfungen
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Störaussendung leitungegebunden (Störspannung an Stromversorgungsanschlüssen)
07.06.13 EMV-Workshop
EMV - Praxis entwicklungsbegleitende Messungen
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Störaussendung gestrahlt (Störfeldstärke)
Messung in Vollabsorberkammer (FAR)
Frequenzbereich 30 MHz bis 1 GHz
Aufbau nach DIN EN 55016-2-3, 2014-11
07.06.13 EMV-Workshop
EMV - Praxis entwicklungsbegleitende Messungen
29Messung der Funkstörfeldstärke =>
deutliche Grenzwertüberschreitung
Analyse Koppelpfad =>
Antennenwirkung der Frontplatte
Störaussendung
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Störaussendung
Messung der Störemmission eines Elektroroller (Projekt SachsMobility I)
Motor aus Motor an
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